Krooninen sairaus

tiivistelmä

Insuliiniresistenssi on yhteinen nimittäjä useiden sairauksien kuten tyypin 2 diabeteksen ja syövän, sekä tutkivat mekanismeja vastuussa insuliinin signalointia vajaatoiminta on ensiarvoisen tärkeää. Matemaattinen malli insuliinin signalointi verkkoon (ISN) on ehdotettu ja käytetty tutkimaan annosvastekäyriltä komponenttien tämän verkon. Kokeelliset tiedot C2C12 myoblastien fosfataasilla ja tensin homologi (PTEN) tukahdutti ja tiedot L6 lihasputkia kanssa indusoitu insuliiniresistenssi on analysoitu mallin. Olemme keskittyneet erityisesti yhden ja kahden hengen Akt fosforylaation ja muistutti insuliini signalointi liittyvät muutokset insuliiniresistenssiin. Lisäksi uusi luonnehdinta ylävirtaan signaloinnin nisäkkään rapamysiinin kohde monimutkaisten 2 (mTORC2) esitetään. Koska se on laajalti tunnustettu, että ISN proteiineilla on keskeinen rooli myös soluproliferaatiota ja kuolema, ISN malli liittyy solupopulaatio malli ja soveltaa tietoa solulinjasta akuutti myelooinen leukemia käsitelty nisäkkään rapamysiinin kohde estäjän kanssa antituumorivaikutus. Analyysi paljasti yksinkertainen välisiä suhteita pitoisuudet ISN proteiinien ja parametrit solupopulaation mallia, jotka luonnehtivat solusyklin etenemistä ja solujen kuolemaan.

Citation: Bertuzzi A, Conte F, Mingrone G, Papa F, Salinari S , Sinisgalli C (2016) Insuliini Signaling in insuliiniresistenssiä valtioissa ja Syöpä: mallinnus Analysis. PLoS ONE 11 (5): e0154415. doi: 10,1371 /journal.pone.0154415

Editor: Cong Cao, Suzhoun yliopisto, Kiina

vastaanotettu: 14 joulukuu 2015; Hyväksytty: 12 huhtikuu 2016; Julkaistu: 05 toukokuu 2016

Copyright: © 2016 Bertuzzi et al. Tämä on avoin pääsy artikkeli jaettu ehdoilla Creative Commons Nimeä lisenssi, joka sallii rajoittamattoman käytön, jakelun ja lisääntymiselle millä tahansa välineellä edellyttäen, että alkuperäinen kirjoittaja ja lähde hyvitetään.

Data Saatavuus: Tiedot ovat otettu kirjallisuudesta ja liittyvistä lähteistä raportoidaan paperissa.

Rahoitus: FP tukivat SysBioNet, italialainen tiekartta tutkimusinfrastruktuureja 2012. Federica Conte tukivat Epigenomics Flagship Project (Progetto Bandiera Epigenomica), EPIGEN rahoittama Italian opetusministeriön, yliopiston ja tutkimus (MIUR), ja National Research Council (CNR). Rahoittajat ollut mitään roolia tutkimuksen suunnittelu, tiedonkeruu ja analyysi, päätös julkaista tai valmistamista käsikirjoituksen.

Kilpailevat edut: Kirjoittajat ovat ilmoittaneet, etteivät ole kilpailevia intressejä ole.

Johdanto

Insuliiniresistenssi edustaa yhteistä nimittäjää sarjan sairauksia, kuten lihavuus, tyypin 2 diabetes (T2D), metabolinen oireyhtymä ja syöpä. Se johtuu heikentynyt insuliinin toimintaa, joka indusoi joten hyper-insuliinin eritystä. Haitallisia sisällä insuliini signalointi verkkoon (ISN) ovat vakiintuneita [1,2,3], jossa seriini /treoniini proteiinikinaasi Akt /PKB ja kaksi nisäkkään rapamysiinin kohde komplekseja (mTORC1 ja mTORC2) on merkittävä tehtävä. Akt fosfory- on Thr308 jota fosfoinositidi-riippuvainen proteiinikinaasi-1 (PDK1) ja Ser473: n, jonka mTORC2 [4], ja maksimaalinen Akt-aktiivisuutta saavutetaan, kun molekyyli on fosforyloitu sekä tähteet, jolloin translokaatio insuliinin säännelty glukoositransporttereita (GLUT4) lihasten ja rasvakudoksen [5,6]. PDK1 ja mTORC2 vastata myös aktivoinnin insuliinin kaltaisen kasvutekijä 1 (IGF1) [3].

kinaasikaskadin kautta insuliinin reseptorin (IR) asti mTORC1, sekä mTORC1 aktivoinnin aminohapot ja energia, ovat selvästi arvioidaan [7]. Sen sijaan alkupään sääntelyä mTORC2 ei ole vielä hyvin tunnettu [8]. Tuberous skleroosi monimutkainen 1/2 (TSC1 /TSC2) näyttää vaaditaan mTORC2 aktivointi [2,9]. Kuitenkin tämä näkemys oli kyseenalaistettu tutkimuksessa raportoiduista kokeellinen ajanjaksoista on useiden proteiinien ISN alle aminohappoja ja insuliinistimulaation [10]. Tietojen tulkinnassa dynaaminen malli verkkoon, väitettiin, että mTORC2 aktivaatioreitin voi olla peräisin IR tai insuliinin reseptori substraatti-1 (insuliinireseptorisubstraatti 1), mahdollisesti kautta variantti fosfatidyyli-3-kinaasi (PI3K) [10] . Vielä erilainen näkemys syntyi kokeita ei-diabeetikoilla hiirillä sekä in vivo ja in Lihasbiopsiat ja L6-soluissa altistuvat keskipitkän rikastettu erittämät proteiinit ohutsuolen diabeettisten rottien ja seerumin välillä insuliiniresistenssi ihmisellä [11]. Tämä tutkimus osoitti, että tyhjäsuolen tekijä /s aiheuttaa insuliiniresistenssiä ja että nämä tekijät aktivoivat mTORC2, mistä kertoo lisääntynyt arvo Ser473 Akt fosforylaation, vaikkei insuliinin stimulaatiota. Tällaisten suoliston tekijöiden viittaa myös lasku insuliiniresistenssiä seuraavista Laihdutusleikkaus [12].

mTORC1 alustan p70S6 kinaasi 1 (S6K1) osallistuu säätelyyn proteiinisynteesiä ja kasvua solun koon, ja aktiivinen S6K1 estää insuliinireseptorisubstraatti 1 on negatiivinen kierre [3]. Lisäksi Akt alustan Forkhead laatikko proteiinia O1 (FoxO1) osallistuu säätelyyn leviämisen ja apoptoosin, joten insuliini signalointi verkolla on tärkeä rooli paitsi lihavuuden ja diabeteksen lisäksi myös syövän [3,13,14].

jälkeen uraauurtava paperit Wanant ja Quon [15] ja Sedaghat et al. [16], useat tutkimukset ovat tutkineet käyttäytymistä ISN aiheuttama insuliini ärsyke kehittämällä matemaattisia malleja ja analysoida kokeelliset tiedot. Joissakin tutkimuksissa keskitytään vastauksena kasvaa askeleittain solunulkoisen insuliinivahvuudelle [15,16,17,18,19,20]. Erityisesti esittämä matemaattinen malli Kiselyov et al. [17] osuus sekä korkean ja matalan affiniteetin sivustoja kahden monomeerin insuliinin reseptorin. Brännmark et ai. [18] tutkittiin mahdollisia järjestelyjä, jotka selittävät erikoinen käyttäytymistä havaittu fosforylaation insuliinin reseptorin ja insuliinin reseptorin alustaan. Täydellisempi dynaaminen malleja, tukee analyysi ajan kuluessa proteiinin pitoisuudet jälkeen insuliinistimulaation, kehitettiin ja tutkittiin [10,19,20]. Monimutkaiset dynaamiset mallit ehdotettiin edustaa signalointi kautta ErB reseptoreiden jopa PI3K ja Akt, jonka tavoitteena on tutkia vaste syöpälääkkeen [21], ja mallintaa insuliinin aiheuttamaa aloittamisesta eukaryoottitranslaatioon [22].

annos-vaste käyrät, eli vakaan tilan pitoisuudet annetaan insuliinitaso, katsottiin muissa tutkimuksissa. Giri et ai. [23] ja Wang [24] tutki käyttäytymisen annosvastekäyrät komponenttien ISN vs. solunulkoiseen insuliinipitoisuus, määritellä ehdot, jotka tuottavat hystereesiä käyrät seurauksena välisten vuorovaikutusten negatiivista ja positiivista palautetta silmukoita läsnä järjestelmässä. Vaikka kokeellinen ajan kuluessa proteiinin pitoisuudet jatkuvasti insuliinistimulaation osoittavat, että jotkut proteiinit ei ehkä saavuteta ilmeinen vakaa tila jopa 2 tuntia [10], annos-vaste käyrät käytetään yleisesti kirjallisuudessa arvioimaan käyttäytymistä ISN komponenttien eri tasoilla insuliinistimulaation ja arvioida vaste vääristäviä aineita ja lääkkeitä.

tarkoitus tämän tutkimuksen tarkoituksena on selvittää mitkä tekijät vaikuttavat pohjapinta proteiinin pitoisuudet ja annos-vaste käyrät ISN. Käyttämällä Michaelis-Menten järjestelmän kemiallisten reaktioiden kehitimme matemaattisen mallin verkon tasaisella, joka keskittyy yhden ja kahden hengen Akt fosforylaation ja ylävirtaan signalointi mTORC2. Kirjallisuuteen perustuen luurankolihasnäyte linjat, osoitamme, miten malli voi edustaa vaikutuksia geenien. Tekijöitä, jotka aiheuttaa insuliiniresistenssiä mallinnetaan mukaan havaintoja [11]. Parannettu mallintaminen Akt ja mTOR komplekseja käytetään myös tässä simuloimaan ISN vasteen olosuhteissa kuten TSC2 nolla ja pitkäaikaista rapamysiini hoidossa. Ottaen huomioon läheisen suhteen insuliiniresistenssin ja syöpä, lähinnä Akt ja mTOR signalointi, yhdistimme insuliinin signalointi malli, jossa on solupopulaation malli, jotta vaikutusten tutkiminen mTOR estäjien kanssa antituumoriaktiivisuus on ISN proteiineja sekä solupopulaatio vastaus.

tulokset

järjestelmän mallimme kuviossa 1 perustuu nykyiseen näkymä ISN rakenteen [2,3,14,25]. Koska Akt voidaan itsenäisesti fosforyloitiin Ser473 mukaan mTORC2 ja Thr308 by PDK1 [8], me mukana kaikki polut, jotka johtavat koko Akt aktivointi. mTORC2 oletetaan aktivoida fosfatidyyli 3,4,5-trisfosfaatti (PIP3), kuten ehdotetaan [3,26], ja tekijällä, J ei ole riippuvainen PI3K, joka on mahdollisesti välittyy kasvutekijän reseptorit [11 ]. Aktivointi mTORC1 edustaa tässä melko yksinkertaisella tavalla, jättämällä TSC inhibitio Akt ja siitä johtuva mTORC1 aktivoimalla Ras homologi rikastunut aivoihin (Rheb). Järjestelmä sisältää myös suora Akt alustoille glykogeenisyntaasikinaasi 3 (GSK3) ja Forkhead laatikko proteiini O1 (FoxO1). Aktivoidut S6K1 fosforyloi insuliinireseptorisubstraatti 1 ja Rictor vuonna negatiivista palautetta silmukoita [25]. Positiivinen palaute silmukka Akt että proteiinityrosiinifosfataasin 1B (PTP1 B) on myös mukana [16]. Vaikka aktivointi polun mTORC2 kautta TSC2 (Huang, Dibble, Matsuzaki, Manning, 2008) ei ole otettu huomioon ottaen tulokset [10], esillä oleva malli ei sisällä yksinkertaisuuden joidenkin vakiintuneiden polkuja verkon varten esimerkiksi IR solunsisäinen allas ja reseptorin kierrätystä, TSC2 aktivointi edistää FoxO1 [27] ja S6K1 aktivaatio GSK3 [28].

aktivointi insuliini (I) insuliinin reseptorin (IR) katalysoi tyrosiinin fosforylaatiota insuliinireseptorisubstraatti 1. Fosforyloituu insuliinireseptorisubstraatti 1 sitoo p85 sääntelyn alayksikköä PI3K, aktivoimalla p110 katalyyttinen alayksikkö. PI3K välittää fosforylaatiota PI (4,5) -bisphosphate (PIP2) PI (3,4,5) -trisphoshpate (PIP3) lähellä solukalvon (PM) ja fosfataasi ja tensin homologi (PTEN) defosforyloi PIP3 takaisin PIP2. PIP3 rekrytoi Akt ja PDK1 PM, jossa PDK1 fosforyloi Akt at Thr308 (fosfataasi PP2A). mTORC2 aktivoidaan PIP3 ja kertoimella J, ja katalysoi Akt fosforylaatio Ser473 (fosfataasi PHLPP). Maksimaalinen Akt aktiivisuus saavutetaan, kun molekyyli fosforyloituu molemmilla Thr308 ja Ser473 jäämiä, mahdollistaa translokaation GLUT4 glukoosin kuljetusyritysvoi PM. GSK3 ja FoxO1 ovat suoria Akt alustoille. Akt aktivoi myös mTORC1, joka puolestaan ​​aktivoi S6K1. Aktivoidut S6K1 fosforyloi insuliinireseptorisubstraatti 1 ja Rictor vuonna negatiivista palautetta silmukoita. Positiivinen palaute silmukka Akt ja PTP1 B on myös mukana. Palaute silmukoita edustaa rohkeita linjoja.

kemiallisia reaktioita sisällä meidän ISN mallin useimmiten edustaa klassista Michaelis-Menten järjestelmä [29,30], ja niitä käsitellään S1 File (Text S1) . Useita oletuksia pystyimme yksinkertaistaa mallia. Solunsisäinen sijainti proteiinien (sytosolin vs. kalvoon liittyvä), sekä solun sisäiseen liikenteeseen laiminlyöty. Proteiini-kompleksit (esimerkiksi mTORC1 ja mTORC2) käsiteltiin yksinkertainen molekyyli komponentteja.

kineettinen yhtälöt pitoisuuksien proteiinien, jotka sisältävät myös ehdot synteesin ja hajoamisen substraattien ja entsyymejä, on raportoitu S1 File (Text S2). Koska tavoitteemme on analyysi annos-vaste käyrät, me sitten johdettu pitoisuudet kemikaalien tasapaino. Alle ratkaiseva olettamus, kuten ehdotetaan [31], että hajoaminen nopeusvakio kompleksin entsyymi-substraatti on vähäinen verrattuna summa dissosiaation ja katalyyttinen vakioita, tasapainoyhtälöt kestää melko yksinkertaisen lomakkeen. ISN malliyhtälöt normalisoitu muodossa käytetään analysointiin lihassolujen linjojen C2C12 ja L6 raportoidaan osiossa Models kaavojen (1) – (16). S1 Taulukossa antaa ilmauksia parametrien yhtälöitä (1) – (16) suhteen kineettinen parametrit yhtälöt S1 File (Text S2).

C2C12 Myoblastien

Kokeelliset tiedot [32] näyttää normalisoidut fosforylaation tasoja C2C12 myoblastisoluja IR (Tyr1146), Akt (Ser473) ja (Thr308), GSK3p (Ser9), S6K1 (Thr389), ja AS160 (Thr642) nolla insuliinia ja insuliini pitoisuudet 1, 10, ja 100 nM sekä normalisoidut pitoisuudet PIP3 ja GLUT4

pm nolla insuliinia ja määritettyä insuliini arvo. Tekijät-ilmoittavat tiedot ohjaus- ja PTEN-tukahdutetaan solujen, joissa PTEN-proteiinin konsentraatio laskettiin jopa 10% valvonnan. Käytimme näitä tietoja, paitsi PIP3 ja AS160, joita käytettiin ennustamiseen, arvioida ISN mallin parametrit. Positiivinen palaute silmukka Akt ja PTP1 B ei sisälly, koska IR-fosforylaation tiedot olivat samanlaiset ohjaus ja PTEN-vaiennettu soluja (kuvio 2 paneeli A). Kuten on tehty [20], normalisoitu kokeellista tietoa Pakt (Ser473) sovitettiin summan, antama yhtälöiden (10) ja (11) kappaleessa Mallit, koska erityinen monoklonaalinen vasta-aine on todennäköisesti sitoa Akt fosforyloitu Ser473 riippumatta siitä, fosforyloidun Thr308. Samoin tiedot Pakt (Thr308) sovitettiin.

Data (keskiarvo ± SEM) piirretään alkaen Ref [32] valvontaan (mustat neliöt) ja PTEN-tukahdutetaan (punaiset neliöt) soluja. Solid linjat ovat annosvastekäyriltä mallin ennustama valvontaa (musta) ja PTEN-tukahdutetaan solujen (punainen). (A) Suhteellinen PIR (Tyr1146). (B, C) Suhteellinen Pakt (Ser473) ja Pakt (Thr308). (D) Suhteellinen pGSK3β (Ser9). (E) Suhteellinen pS6K1 (Thr389). (F) Suhteellinen GLUT4 PM nollassa (valkoinen laatikko) ja 100 nM (harmaa laatikko) insuliinia.

Kuvio 2 esittää tiedot C2C12 soluja, piirretään alkaen viite [32] ja jota käytetään parametrien arviointiin kaavaan (1) – (16), jossa

PTEN

n

yhtälössä (6) asetetaan ykköseksi valvonta- ja 0,1 varten PTEN-vaimennettu data . Kuvio 2 näyttää myös optimaalinen sovitus käyrät lasketaan mallin ja S2 taulukko raportoi parametriestimaatit (jossa

I

e

, 0,5 ja

S

0,5 antanut sijaan

0 ja

1).

I

e

, 0,5 havaittiin sama 44.68 nM. Koska kokeelliset tiedot uudelleen normalisoitu olla yhtenäisyyden arvo maksimaalinen insuliinipitoisuus hallinnassa, me lasketaan annos-vaste käyrät kuvassa 2 mukaisesti tämän rajoitteen.

osajoukko malliennusteisiin näkyy S1 Kuva. Paneeli A esittää ennuste, saadaan arvioitu mallin of pAS160 (Thr642) yhdessä tietoja, joita ei käytetty estimoinnissa. Vaikka profiilia pAS160 (Thr642) data seurasi melko tarkasti, malli ei ennustaa PIP3 pitoisuuden tietoja PTEN-vaiennettu soluissa (paneeli B). Toteamme, että jos mTORC2 aktivoitiin PI3K sijasta PIP3, malli ei riittävästi mahdu Pakt (Ser473) tiedot nolla ja alhainen insuliinin PTEN-vaiennetaan soluja, eikä ennustaminen PIP3 pitoisuusdatan parantaisi (S1 kuvio, paneelit C , D). Yhteenlaskettu Pakt () 100 nM insuliinia valvonta on 8,61% koko Akt (S1 Kuva paneeli F) ja GLUT4 on solukalvon on 48,3% koko GLUT4. Nämä arvot ovat yhtäpitäviä mallin raportoidut tulokset [16], jossa Pakt on noin 9% koko Akt ja pinta GLUT4 saavuttaa 40% koko GLUT4 15 min kuluttua 100 nM insuliinia.

S2 Kuva esittää herkkyydet proteiinikonsentraatiot Olipa ± 10% häiriön arvioidusta parametrien solunulkoisen insuliinivahvuudelle 44.68 nM. Koska tämä pitoisuus on yhtä suuri kuin

I

e

, 0,5, herkkyys

S

0.5 on häviämässä. Sama tapahtuu, että herkkyys

12 (alle 10

-5), kun taas ja ovat pieniä arvoja (S2 taulukko). Suurimmat positiiviset herkkyydet löydetään

9 ja

10, jonka arvot asetetaan yhtä (ks S2 taulukko) koska mitään tietoja fosforylaatiota PDK1 ja mTORC2 oli saatavilla. Parametrit, jotka vaikuttavat suoraan loppupään proteiineja, kuten mTORC1 ja S6K1, vaikuttavat myös ylävirtaan proteiineja, kuten insuliinireseptorisubstraatti 1 ja PI3K, koska signalointi kautta negatiivinen kierre. Vastakkainen käyttäytyminen

IRS

1

Y

ja

IRS

1

S

on myös huomattava.

Kuten odotettua, PTEN poisto parantaa insuliinin eritys ja perustason kasvoi lähes kaikissa proteiineissa, mukaan negatiivinen herkkyys

8 kaikista proteiineista alavirtaan PTEN, kun taas

IRS

1

Y

ja PI3K ovat positiivisesti säädellyn (S2 Kuva). Erityisesti, PTEN-proteiinin suppressio aiheuttaa lisääntymistä perustason Ser473 Akt-fosforylaation, joka voi fosforyloivat ja deaktivoida FoxO1 mahdolliseen parantamiseksi signalointi polkuja, jotka säätelevät solujen proliferaatiota.

L6 lihasputkia

kuvion 3 data [11] antaa normalisoidut fosforylaation tasoja L6 soluissa Pakt (Ser473) ja (Thr308) nolla insuliini ja insuliinin pitoisuudet 0,1, 1, 10, ja 100 nM. pGSK3β (Ser9) raportoidaan nolla ja 100 nM insuliinia. Lisäksi Pakt (Ser473) ja pS6K1 (Thr389) nolla insuliinia mitattiin, kun läsnä oli estäjien Rapamysiini ja PP242, joka kohdistuu sekä mTOR kompleksit [33]. Tiedot saatiin ohjaus väliaineessa, rikastetaan erittämät proteiinit tyhjäsuolen limakalvolle ei-diabeettisten hiirillä, ja keskipitkällä rikastunut erittämät proteiinit limakalvon diabeettisissa hiirissä, (merkitty seuraavassa kuin kunnostettua alustaa tai db /db-väliaine). Kokeiden perusteella ei-diabeetikoilla hiirillä sekä in vivo ja in Lihasbiopsiat ja L6-soluissa altistuu db /db keskipitkän ja seerumin välillä insuliiniresistenssitiloissa ihmiseen, on oletettu, että tyhjäsuolen tekijä /s aiheuttaa insuliiniresistenssiä [11] . Kerroin J, joka aktivoi mTORC2, katso Eq (8), on sisällytetty malliin edustaa toimia tämän otaksutun tekijä.

Data (keskiarvo ± SD) piirretään alkaen Ref [11] paitsi paneeli D Ref [34]. Data (neliöt) ja mallin sovitus (yhtenäiset viivat) piirretty mustalla valvontaa ja sinisenä altistuneiden solujen conditioned (db /db) väliaineessa. (A, B) Suhteellinen Pakt (Ser473) ja Pakt (Thr308). (C) Suhteellinen pGSK3β (Ser9) nolla (valkoinen laatikko) ja 100 nM (harmaa laatikko) insuliinia. (D) Suhteellinen 2-DG otto rotan L6 myoblasteja. (E) Suhteellinen Pakt (Ser473) nolla insuliinia ohjaus (musta) ja solut altistettiin db /db väliaineen (punainen), ilman esto ja käsitellyissä soluissa rapamysiini (50 nM) ja PP242 (500 nM). Punainen väri osoittaa, että kokeissa ei säilytä kasvua pohjapinta Pakt (Ser473) kontrollista ja db /db väliaineessa ilman esto, ja tähdet huomauttaa, että nämä tiedot ei käytetty mallin sovitus. Green (ei inhibiittoria), keltainen (rapamysiini), ja vaaleanpunainen laatikot (PP242) edustaa mallin sovitus. (F) Suhteellinen pS6K1 (Thr389) nolla insuliinia ilman esto ja käsitellyissä soluissa (ruutuun edustavat mallin sovitus).

sopivaksi kokeelliset tiedot olettaen, että J on merkityksetön pitoisuus Ohjattavan ja suuremman pitoisuuden, voidaan arvioida, että db /db välineellä. Sopivaksi saatuja tietoja db /db medium, me arveltu, että insuliiniresistenssi myös lisää, koska lisääntynyt insuliinireseptorisubstraatti 1 hajoamista johtuen lisääntyneistä mTORC2 signaloinnin [35]. Tämä negatiivinen palaute edusti sopivasti tuning parametrien PI3K. Kuvio 3 esittää kokeelliset tiedot L6 soluja, piirretään alkaen [11] ja [34], sekä optimaalinen Käyrien ja S2 taulukko raportoi parametriestimaatit. Huomaamme, että korkea arvo Pakt (Ser473) nolla insuliini, kuten havaitaan kuviossa 3 paneeli A voidaan saada vain, jos mTORC2 aktivoituu myös läpi signalointireitin riippumaton PI3K, ja jos Thr308 Akt fosforylaation ei vaadita Ser473 fosforylaatio.

fosforylaatio tiedot mitattiin kokeissa db /db keskipitkällä ovat kunnossa, joiden arvo on

J

huomattavasti suurempi verrattuna kontrolliin (0,07 vs. 0,001). Pakt (Ser473) nolla insuliini on suurelta osin lisääntynyt, mutta sen vastaus insuliinia pyöristettyjä (kuvio 3A). Vaste Pakt (Thr 308) ja pGSK3β (Ser9) on myös painettuna (paneelit B ja C). 2-DG kertymätiedot kerrotaan kuviossa 3D saanut riittävän sovitettiin malliin. Ennustettu 2-DG otto läsnäollessa db /db keskipitkän (paneeli D) laskettiin olettamalla nopeusvakioista jotka säätelevät GLUT4 translokaation plasmamembraanin ovat pienempiä kuin vertailuryhmän [5,6], katso S2 taulukko.

tiedot mitattiin, kun läsnä on Rapamysiini ja PP242 on esitetty kuviossa 3 paneelit EF. Malli riittävästi sopii basaalitason (ei insuliinia) pS6K1 (Thr389) sekä ohjaus- ja db /db keskipitkän (paneeli F). S6K1 esto johtaa puolestaan ​​takia heikennettyjä negatiivista palautetta, vähenemiseen ja lisääntymiseen (S2 kuvassa, kentät A-D), mikä tehostaa insuliinin signalointi. Basaali Pakt (Ser473) data (kuvio 3, paneeli E), huono ennuste soluja altistetaan db /db väliaine aiheuttaa kokeellinen vaihtelu ja tietoja ei käytetä mallin sovitus. Käsitellyissä soluissa rapamysiini, heikennetty negatiivinen palaute johti kasvua

mTORC

2

n

, mikä parantaa Pakt. Sen sijaan PP242 vaikuttaa Akt fosforylaation Ser473, joten

Akt

S

ja

Akt

T

,

S

voimakkaasti vähentää. Osajoukko malliennusteisiin näkyy S3 kuvassa, jossa paneeli F antaa 3D-esitys komponenttien Pakt. 100 nM insuliinia, yhteensä Pakt on 78,7% koko Akt hallinnassa. Kaiken kaikkiaan näyttää siltä, ​​että nykyinen malli antaa riittävän varusteista L6 datan.

S4 kuvassa näkyy herkkyydet proteiinin pitoisuuksia arvioidun mallin parametreja solunulkoista insuliinivahvuudelle 9,69 nM (arviolta

I

e

, 0,5). Yleinen kuvio herkkyydet L6 solujen valvontaa ja db /db keskipitkällä on samanlainen kuin löydetty C2C12 soluja, joka vahvistaa, että malli pystyy edustamaan molempia tietoja. Lisäksi herkkyys ja ne ovat pieniä mukaan pienet arvot arvioiden ottaa huomioon, että odotetusti herkkyys tekijä J lisääntyminen altistuneiden solujen db /db väliaineessa verrattuna kontrolliin. Herkkyys

12 on pieni sekä C2C12 ja L6-soluissa, mikä viittaa siihen, että negatiivinen kierre välillä S6K1 ja mTORC2 on vähäinen rooli näitä rivejä.

L6 solu data analysoitiin myös läsnä positiivisen palautteen, jossa jatkuva

P

kaavassa (4) asetetaan pienempi arvo solujen db /db keskipitkällä kontrolliin verrattuna. Tulokset, ei kuitenkaan näytä paranevan, jotka saatiin esillä mallia.

simuloinnitkin parannettu malleja Akt ja mTOR kompleksit

kolme mahdollista laajennuksia malleja Akt ja mTOR komplekseja pidetään tässä: subsellulaarisella Akt lokalisointi, mTORC1 aktivointi, ja mTORC2 vastaus rapamysiinin.

ihmiskauppaa molekyylien solussa säädellään diffuusiolla ja aktiivinen kuljetus, prosesseja, jotka vaativat monimutkaista matemaattista hoito perustuu osittaiseen differentiaaliyhtälöt [36,37]. Jotta saataisiin yksinkertainen malli solukomponenttien paikantaminen Akt, olemme vasta käsitteli Akt fosforylaation Thr308. Siksi meillä on Akt molekyylien sytosolin osastoon (Akt

syt ja Pakt

cyt), ne sijaitsevat PM (Akt

pm ja Pakt

pm), ja ne tumassa (Pakt

nuc). Kuvio 4 paneeli A esittää järjestelmän mallin.

(A) PIP3 rekrytoi PDK1 ja Akt solukalvoon. Tällä PM, Akt fosforyloituu PDK1 ja defosforyloitiin PP2A. Kuljettaminen ei vielä fosforyloidun Akt PM takaisin sytosoliin säätelee nopeusvakio

k

-13. Fosforyloitua Akt kuljetetaan sytosoliin (nopeusvakio

k

mc

) kun defosforyloitiin PP2A tai tuodaan nucleus (

k

cn

). Vienti ydin säätelee

k

nc

. (B) Fosfory- Akt inaktivoi TSC2. Aktiivinen TSC2 edistää Rheb sitoutumista bruttokansantuotteeseen ja TSC2 inaktivaation stimuloi muuntaminen Rheb /GDP aktiiviseen Rheb /GTP, joka puolestaan ​​aktivoi mTORC1. mTORC1 on myös estää PRAS40. Laatikko lukien aktiivinen mTORC1 ja proliinipitoinen Akt substraatti 40 kDa (PRAS40) osuus reaktio (3) in S1 File (Text S3). (C) PRAS taintumisen (KD:

K

mTOR

kymmenkertaistui vertailuryhmän ja

φ

= 0,7, vaaleanpunainen laatikot) ja yli-ilmentymisen (OE:

K

mTOR

puolittui verrattuna kontrolliin ja

φ

= -5/6, keltainen laatikot) ja vaikutus mTORC1 aktivointia 1 nM insuliinia. (D) Normalized pitoisuudet Rheb /GTP ja T389 S6K1 1 nM insuliinin kanssa PRAS taintumisen (kymmenkertaisesti

b

PRAS

laskua, vaaleanpunainen laatikot), PRAS yliekspressio (kahtalainen

b

PRAS

kasvu, keltainen laatikot), ja molemmat PRAS (kahtalainen

b

PRAS

lisäys) ja Rheb (viisinkertaiseksi

b

Rheb

lisäys) yli-ilmentymisen (oranssi ruutuun). (E) Normalized proteiinin pitoisuudet TSC2-null-solut 1 nM insuliinia. (F) Vastaus lyhyen aikavälin ja pitkän aikavälin rapamysiini hoitoon mTORC1 ja mTORC2, ja vaikutus Akt fosforylaation 10 nM insuliinia. Lyhyen ja pitkän aikavälin hoitoja:

K

mTOR

yhtälössä (14) S1 File (Text S3) asetettu 0,1 valvontaa. Pitkäaikainen-hoito: parametrit ja Akt yhtälöiden (9) – (11) asetettu 0,1 valvonnan.

yhtälöt Akt pitoisuudet annetaan S1 File (Text S3) ja osoittavat että, tasaisella, kolme fosforyloidun Akt: yleensä yhtä suuri kunhan

k

nc

≅

k

cn

ja

k

mc

≅

K

15

PP

2

.

Akt

cyt

yleensä yhtä suuri kuin

Akt

pm

että yhtä kuin

K

13

PDK

1 ja

k

-13 on paljon pienempi kuin nämä kaksi suuretta myös matalilla insuliinitaso. Lisäksi

k

mc

on oltava paljon suurempi kuin

K

14

PP

2

. Vaikka meillä ei ole tietoa siitä, että nämä edellytykset täyttyvät, ne takaavat, että suurin osa Akt

cyt turvallisesti saavuttaa PM ja fosforyloituu, ja että Pakt

pm nopeasti kulkeutua PM ja sytosoliin, missä se on fosforyloida useita alustoille . Näissä olosuhteissa Akt malli harkita S1 File (Text S1, Teksti S2) ja yhtälöiden (9) – (11), missä osa-solun lokalisointi jätetty huomiotta, voidaan pitää riittävänä mallin Akt kinetiikan vakaassa tilassa . Huomautamme kuitenkin, että ohimenevä vaste Akt pitoisuuksia tarpeeksi äkillinen muutos insuliinipitoisuudeksi on todennäköisesti erilaiset onko solukomponenttien lokalisointi pidetään vai ei.

Kuva 4 paneelissa B esitetään järjestelmässä parannettu malli mTORC1 aktivointi. Yhtälöitä (12) – (15) S1 File (Text S3) antaa normalisoidut pitoisuudet molekyylikomponentit ja kirjallisuuden tietojen antaa tietoa proteiinin vaste Akt. TSC2 fosforylaation taso T1462 on yli 10-kertainen lisäys HEK-293-soluissa, kun seerumin stimulointi [38]. Nousu PRAS40 fosforylaation tasolla T246 voi olla välillä noin 10-kertaisesti 20-kertainen eristetyssä luustolihasten pienempiä arvoja sydämen, maksan ja rasvakudoksen [39]. Nämä tietojen rajoitteiden arviointiin parametrien yhtälöiden (12) – (15), ja ainutlaatuisuutta arvioiden taattiin asettamalla

φ

= -0,67 (

b

PRAS

= 3

b

mTORC

1, eli nopeus PRAS synteesi on kolme kertaa suurempi kuin heterotrimeerissä mTOR, raptor, mLST8) ja. Arvioida loput parametrit, otimme profiilit ja

mTORC

1

n

funktiona

I

e

saatu mallista L6 soluja. Profiilia käytettiin tulotoiminnon in (12) ja (15) S1 File (Text S3), ja parametrien arvoja, jotka optimaalisesti toistettu

mTORC

1

n

profiili oli seuraava:

K

TSC

= 65,95,

K

Rheb

= 6,48,

K

mTORC

1 = 7,2 · 10

-3,

K

PRAS

= 16,72.

simulaatiot esitetty kuvassa 4, paneelit CF, käytimme täydellinen ISN mallin kaavaan (1) – (16) yhtälön (14) on

mTORC

1

n

tilalle yhtälöillä (12) – (15) S1-tiedoston (teksti S3). Menetys PRAS40 ilmaisun edusti mallissa kymmenkertainen lasku

b

PRAS

verrattuna kontrolliin, minkä seurauksena muutokset

K

mTOR

, ja

φ

in (14) – (15) S1 File (Text S3). Kuvio 4C esittää lasku

PRAS

40

n

ja kasvu

mTORC

1

n

tässä tilassa, kontrolliin verrattuna. Sen sijaan PRAS40 yliekspressio kanssa kaksinkertaistamiseksi

b

PRAS

estää mTORC1 aktivointi. Kuviossa 4D, normalisoidut pitoisuudet T389 S6K1 alle PRAS taintumisen ja yli-ilmentymisen (pinkki ja keltainen laatikot, vastaavasti) seuraa vaste

mTORC

1

n

paneelissa C esitetyn sekä PRAS ja Rheb yli-ilmentyminen (oranssi ruutuun), mTORC1 ja S6K1 enää estetty verrattuna kontrolliin, koska GTP ladattu Rheb voitetaan PRAS40 välittämän mTORC1 esto, kuten tämän [38] ja ennusti Eq (14) S1 File (Text S3). Tulokset simulaatioiden paneelissa D näyttävät samaa mieltä, laadullisesti ainakin lisääntyneeseen T389 S6K1 fosforylaation esitetty täpliä kuvion 4E (HEK293E solut) ja kuviossa 5E (MEF ja HT-29 koolonin syöpäsolujen) ja [40] .

(A) Scheme of käytetyn mallin analysoinnissa AML solupopulaation tietojen puuttuessa ja läsnä AZD8055. Lohkot edustavat G0 /G1, S ja G2M soluja, jossa x 2 lohkossa ilmaiseva binary solunjakautumisen.

λ

1 on nopeusvakio G1S siirtymävaiheessa,

T

2 ja

T

3 kauttakulku kertaa S ja G2M vaiheisiin ja

μ

”nopeusvakio solun menetys. D

1-D

3 edustavat soluja häviää elinkelpoisia osastoista mutta silti mitattavissa, ja A apoptoottisten kappaleiden ja fragmentit, joissa

μ

” nopeusvakio solun pirstoutuminen. (B) Tietojen, piirretään päässä viite [44], Solufraktioiden solusyklin eri vaiheiden ohjaus ja soluja käsiteltiin 10, 100, ja 1000 nM AZD8055 (umpinaiset neliöt), ja mallin sovitus (yhtenäiset viivat). Paneeli näyttää myös tietojen ja asennuksen LI normalisoitui kontrolloida, ja kaikista osa kuolleita soluja ja fragmentteja. (C) välinen korrelaatio tietojen akridiinioranssivärjäyksellä A549-soluissa, piirretään alkaen viite [43], ja osa kuolleita soluja. (D) välinen suhde lasku Pakt (Ser473) (neliöt) ja että

λ

1 lisäämään lääkekonsentraatioilla. Sovitus line

y

= 1,03

x

/(0.18·10

-2+

x

), jossa

y

= Pakt (Ser473 ) ja

x

=

λ

1. Samanlainen toiminto sopii suhdetta GSK3p (Ser9) (kolmiot) ja

λ

1.